Fragebogen G

• Strukturproteine (z.B. für Zellen und Ribosomen)

• Enzyme (katalytische Aktivität)

• Botenstoffe (Hormone, z.B. Insulin)

• Transport (durch Zellmembran)

1. Primärstruktur:

   • lineare Reihenfolge der Aminosäuren (Aminosäuresequenz)

2. Sekundärstruktur:

   • lokale Faltungsmuster, entstehen durch Wechselwirkungen des AS-Rückgrats

   • Räumliche Anordnung der AS zu 𝛼-Helix und 𝛃-Faltblatt

   • stabilisierende Kräfte: Wasserstoffbrücken

3. Tertiärstruktur:

   • vollständige 3D-Faltung der Polypeptidkette durch Wechselwirkungen der AS-Reste

   • stabilisierende Kräfte: hydrophobe WW, elektrostatische WW, Wasserstoffbrücken, Disulfidbrücken (im oxidativen Milieu), Van-der-Waals-Kräfte

4. Quartärstruktur:

   • Stapelung mehrerer Polypeptidketten (Untereinheiten) zum Protein (Beispiel RNA-Polymerase)

   • stabilisierende Kräfte: nicht-kovalente WW, Disulfidbrücken

Nicht alle Bindungswinkel der Dipeptidbindung flexibel drehbar

• sterisch nicht möglich, Zusammenstoßen der Reste

Flexibel sind:

• Φ (“phi”): zwischen N und C(𝛼)

• Ψ(“psi”): zwischen C(𝛼) und C

Es geht um die Sekundärstrukturen von Proteinen.

• 𝛃-Faltblatt:

  • flächige, ausgedehnte Struktur

  • mehrere durch Wasserstoffbrücken verknüpfte antiparallele 𝛃-Stränge

  • Verknüpft über das Rückgrat, Reste zeigen nach außen (nicht an Strukturbildung beteiligt)

• 𝛼-Helix:

  • kompaktere, schraubenförmige Struktur

  • ebenfalls Wasserstoffbrücken des Rückgrats, Reste zeigen nach außen

  • Dipoleffekt ermöglicht Wechselwirkungen zwischen Peptidketten: Aminoterminus auf der einen, Carbonylterminus auf der anderen Seite der Helix -> 𝛿+ und 𝛿-

Hypothese: Allein Aminosäuresequenz bestimmt die Faltung des Proteins

Experiment: Enzym Ribonuklease wird erst chemisch denaturiert, dann wieder renaturiert

-> kehrte zu nahezu gleicher Faltung zurück (Refolding)

-> konnte aufgrund der Regeneration der Enzymaktivität nachgewiesen werden

-> aufgebrochene Disulfidbrücken stellten sich selbstständig wieder her

Seine Hypothese bestätigte sich, es gibt aber auch Proteine, die sich mithilfe von Enzymen falten lassen (kein Refolding)

Beispiele:

• Betamercapto-Ethanol (speziell für Disulfidbrücken)

• Harnstoff

• Guanidiumchlorid

Wirkungsweise:

• Dipeptidbindungen bleiben bestehen!

• hydrophobe + elektrostatische WW werden gelöst

Entfaltungskurve ähnelt der einer Titration einer starken Säure mit einer starken Base

Faltungsintermediat:

• Sekundärstruktur kann sich bereits im Exit-Tunnel des RIbosoms ausbilden, noch bevor die Polypeptidkette vollständig synthetisert wurde

• energetisch ungünstiger Zustand -> daher instabil

Was kann passieren?

• Da Energieminimum bevorzugt, können sich ungewollte Strukturen (Aggregate und Fibrillen) durch Anlagerung der Intermediate bilden

• Stabilisierende Proteine: Chaperone

  • binden an ungefaltete/ teils gefaltete Intermediate

  • schaffen Schutz und Zeit, bis Peptidkette vollständig synthetisiert

  • ATP-Verbrauch

Krankheiten, die durch fehlerhafte Faltung von Proteinen im Körper und die Bildung von Aggregaten in Zellen entstehen -> Proteine nicht mehr funktionsfähig, Störung der Zellstruktur

Beispiele:

• Alzheimer

• Parkinson